Гормональна
регуляція обміну вуглеводів при м'язової діяльності
Поняття про
гормонах, їх біологічна роль.
ЕНДОКРИННА
СИСТЕМА-система залоз, що виробляють гормони, і виділяють їх безпосередньо
в кров. Ці залози, звані ендокринними або залозами внутрішньої секреції,
не мають вивідних проток; вони розташовані в різних частинах тіла, але
функціонально тісно взаємопов'язані. На малюнку показане розташування основних
ендокринних залоз в організмі людини. Відсутня на малюнку шишковидна
заліза (епіфіз), вивчена недостатньо, але в даний час її відносять до
ендокринної системи. Дана заліза - невелике утворення в середньому мозку, і в
ссавців вона грає роль нейроендокринної перетворювача, в якому
що йдуть від очей через мозок нервові імпульси перетворюються на гормональний сигнал,
викликаючи секрецію гормону мелатоніну. Мелатонін впливає на біологічні ритми, в
тому числі на добові коливання фізіологічних функцій і сезонні статеві
цикли. У нижчих хребетних епіфіз може безпосередньо сприймати світло
( «Третє око»).
ГОРМОНИ,
органічні сполуки, що виробляються певними клітинами і
призначені для управління функціями організму, їх регулювання та координації.
У вищих тварин є два регуляторних системи, за допомогою яких організм
пристосовується до постійних внутрішніх і зовнішніх змін. Одна з них --
нервова система, швидко що передає сигнали (у вигляді імпульсів) через мережу нервів
і нервових клітин, інша - ендокринна, що здійснює хімічну регуляцію з
допомогою гормонів, які переносяться кров'ю і надають ефект на віддалені
від місця їх виділення тканини й органи. Хімічна система зв'язку взаємодіє
з нервовою системою; так, деякі гормони функціонують як медіаторів
(посередників) між нервовою системою та органами, що відповідають на дію.
Таким чином, різниця між нервової та хімічної координацією не є
абсолютним.
Гормони є у всіх
ссавців, включаючи людину; вони виявлені і у інших живих організмів.
Фізіологічна дія гормонів направлено на:
1) забезпечення
гуморальної, тобто що здійснюється через кров, регулювання біологічних
процесів;
2) підтримка
цілісності та сталості внутрішнього середовища, гармонійної взаємодії між
клітинними компонентами тіла;
3) регуляцію
процесів росту, дозрівання і репродукції.
Гіпофіз
є головною залозою внутрішньої секреції, від діяльності якої залежить
діяльність інших залоз. Гіпофіз розташований в черепній коробці під головним
мозком, тому ще називається нижнім мозковим придатком. І за розташуванням, і
за будовою, і за походженням гіпофіз тісто пов'язаний з нервовою системою,
яка надає не нього впливу, посилюючи або гальмуючи його вироблення гормонів.
Не дивлячись на
малі розміри і масу всього близько полуграмма, гіпофіз по суті представляє
собою дві залози, об'єднані в одному органі (передня частка - один заліза, а
задня і проміжна частка - другий заліза).
Гіпофіз складається
з трьох часток - передньої, що складається з клітин залізистої тканини, задній,
що складається з клітин нервової тканини, і проміжної, тісно пов'язаної з задньої
часток. Кожна з часток гіпофіза виробляє власні гормони.
Гормони
регулюють активність всіх клітин організму. Вони впливають на гостроту мислення і
фізичну рухливість, статура і зріст, визначають ріст волосся, тональність
голосу, статевий потяг і поведінку. Завдяки ендокринної системі людина
може пристосовуватися до сильних температурних коливань, надлишку або
нестачі їжі, до фізичних і емоційних стресів. Вивчення
фізіологічної дії ендокринних залоз дозволило розкрити секрети статевої
функції і диво народження дітей, а також відповісти на питання, чому одні люди
високого зросту, а інші низького, одні повні, інші худі, одні повільні,
інші моторні, одні сильні, інші слабкі.
У нормальному
стані існує гармонійний баланс між активністю ендокринних залоз,
станом нервової системи і відповіддю тканин-мішеней (тканин, на які
спрямовано вплив). Будь-яке порушення в кожному з цих ланок швидко
призводить до відхилень від норми. Надлишкова чи недостатня продукція
гормонів служить причиною різних захворювань, що супроводжуються глибокими
хімічними змінами в організмі.
Що таке
гормони? Згідно з класичним визначенням, гормони - продукти секреції
ендокринних залоз, що виділяються прямо в кровотік і володіють високою
фізіологічною активністю. Головні ендокринні залози ссавців - гіпофіз,
щитовидна і Паращитовидні залози, кора надниркових залоз, мозкова речовина
надниркових залоз, острівкова тканину підшлункової залози, статеві залози
(насінники і яєчники), плацента і гормон-продукують ділянки
шлунково-кишкового тракту. В організмі синтезуються і деякі з'єднання
гормоноподобниє дії. Наприклад, дослідження гіпоталамуса показали, що
ряд секретується їм речовин необхідний для вивільнення гормонів гіпофіза. Ці
«Рилізинг чинники», або ліберіни, були виділені з різних ділянок
гіпоталамуса. Вони надходять в гіпофіз через систему кровоносних судин,
з'єднують обидві структури. Оскільки гіпоталамус за своєю будовою не є
залозою, а рилізинг-фактори роблять, мабуть, тільки в дуже близько
розташований гіпофіз, ці виділяються гіпоталамусом речовини можуть вважатися
гормонами лише при розширеному розумінні цього терміну.
Інші питання
ще більш важкі. Нирки секретують в кровотік фермент ренін, який через
активацію ангіотензинової системи (ця система викликає розширення кровоносних
судин) стимулює продукцію гормону надниркових залоз - альдостерону. Регулювання
виділення альдостерону цією системою дуже схожа з тим, як гіпоталамус
стимулює вивільнення гіпофізарного гормону АКТГ (адренокортикотропного
гормону, або кортикотропіну), що регулює функцію надниркових залоз. Нирки
секретують також еритропоетин - гормональне речовина, що стимулює продукцію
еритроцитів. Чи можна віднести нирку до ендокринною органам? Всі ці приклади
доводять, що класичне визначення гормонів і ендокринних залоз НЕ
є достатньо вичерпним.
Гормон
Дія гормону
Зміна секреції гормону при м'язової
діяльності середньої тяжкості
Гормон росту або соматотропний гормон
У дітей стимулює ріст організму. Збільшує
синтез білків, допомагає клітинам засвоювати живильні речовини, підсилює
розпад жирів в жировій тканині.
>
Збільшується, забезпечуючи розпад жирів
в жировій тканині та їх використання як джерело енергії для м'язового
скорочення.
Гормон, який регулює діяльність кори
надниркових або адренокортикотропний гормон або андренокортікотропін
Посилює виділення гормонів кори
надниркових залоз.
Збільшується, тому що діяльність
наднирників необхідна для м'язової роботи.
Гормон, який регулює діяльність
щитовидної залози або тиреотропний гормон або тиреотропін
Посилює виділення гормонів щитовидної
залози.
Ймовірно, збільшується.
Група гормонів, що регулюють
діяльність статевих залоз, або гонадотропні гормони або гонадотропіни
Стимулюють функції статевих залоз.
Знижується, так як специфічна
діяльність статевих залоз не потрібно для виконання м'язової роботи.
Гормон, який регулює діяльність
молочних залоз або лютеотропного гормон або пролактин (часто зараховується до
групі гонадотропних гормонів)
Стимулює розвиток жовтого тіла
(жіночої залози внутрішньої секреції, що утворюється на місці дозрілого
фолікула) у жінок і виділення тестостерону (чоловічого статевого гормону) у
чоловіків. Обумовлює прояв материнського інстинкту. Під час вагітності
і годування стимулює вироблення молока молочними залозами.
Знижується, тому що зміни, які викликаються
гормоном, не потрібні для виконання м'язової роботи.
Роль гормонів
надниркових залоз, підшлункової та щитовидної залози в регуляції обміну вуглеводів.
наднирника, маленькі
сплощені парні залози жовтуватого кольору, розташовані над верхніми полюсами
обох нирок. Правий і лівий наднирники розрізняються за формою: правий
трикутний, а лівий у формі півмісяця. Це ендокринні залози, тобто
виділяються ними речовини (гормони) надходять безпосередньо в кров і
беруть участь у регуляції життєдіяльності організму. Середня вага однієї залози від
3,5 до 5 р. Кожна залоза складається з двох анатомічно і функціонально
різних частин: зовнішнього коркового та внутрішнього мозкового шарів.
корковий шар
відбувається з мезодерми (середнього зародкового листка) ембріона. З того ж
листка розвиваються і статеві залози - гонади. Як і гонади, клітини кори
наднирників секретують (виділяють) статеві стероїди - гормони, які за хімічним
будовою і біологічній дії аналогічні гормонів статевих залоз. Крім
статевих, клітини кори виробляють ще дві дуже важливі групи гормонів:
мінералокортикоїди (альдостерон і дезоксикортикостерону) і глюкокортикоїди
(кортизолу, кортикостерон та ін.)
Знижена
секреція гормонів кори надниркових залоз призводить до стану, відомому як
аддісонова хвороба. Таким хворим показана замісна терапія.
Надлишкова
продукція кіркових гормонів лежить в основі т.зв. синдрому Кушинга. У цьому випадку
іноді проводиться хірургічне видалення володіє надмірною активністю
тканини наднирників з подальшим призначенням замісних доз гормонів.
Підвищена
секреція чоловічих статевих стероїдів (андрогенів) є причиною вірилізму --
появи чоловічих рис у жінок. Зазвичай це наслідок пухлини кори
надниркових залоз, тому найкраще лікування - видалення пухлини.
Мозковий шар
відбувається з симпатичних гангліїв нервової системи ембріона. Основні гормони
мозкового шару - адреналін і норадреналін. Адреналін був виділений Дж.Абелем в
1899; це був перший гормон, отриманий в хімічно чистому вигляді. Він є
похідних амінокислот тирозину і фенілаланіну. Норадреналін, попередник
адреналіну в організмі, має подібну будову і відрізняється від останнього лише
відсутністю однієї метильної групи. Роль адреналіну і норадреналіну зводиться до
посилення ефекту симпатичної нервової системи; вони підвищують частоту серцевих
скорочень і дихання, кров'яний тиск, а також впливають на складні функції
самої нервової системи.
Гормони
коркового речовини надниркових залоз
Гормон
Дія гормону
Зміна секреції гормону при м'язової
діяльності середньої тяжкості
мінералокортикоїди (група гормонів)
Регулюють обмін води і мінеральних
речовин в організмі - затримує воду і натрій в організмі, збільшує
виділення калію з організму.
Збільшивши
Біологія.
Нервова система реагує на багато зовнішні дії (у тому числі
стресові), посилаючи нервові імпульси в особливий відділ мозку - гіпоталамус. У
відповідь на ці сигнали гіпоталамус секретує кортіколіберін, який
переноситься кров'ю за т.зв. ворітної системі прямо в гіпофіз (розташоване у
підставі мозку) і стимулює секрецію їм кортикотропіну
(адренокортикотропного гормону, АКТГ). Останній надходить у загальний кровообіг і,
потрапивши в наднирники, стимулює в свою чергу вироблення і секрецію корою
наднирників кортизолу.
ПІДШЛУНКОВОЇ
ЖЕЛЕЗА, система травлення та ендокринна залоза. Є у всіх хребетних за
винятком міноги, міксин і інших примітивних хребетних. Витягнутої форми, за
обрисах нагадує кисть винограду.
Будова. У
людини підшлункова залоза важить від 80 до 90 г, розташована вздовж задньої
стінки черевної порожнини і складається з кількох відділів: головки, шийки, тіла і
хвоста. Головка знаходиться справа, у вигині дванадцятипалої кишки - частини
тонкого кишечника - і донизу, тоді як інша частина залози лежить
горизонтально і закінчується поруч з селезінкою. Підшлункова залоза складається
з двох типів тканини, що виконують зовсім різні функції. Власне тканина
підшлункової залози становлять дрібні часточки - ацинуси, кожен з яких
забезпечений своїм вивідним протокою. Ці дрібні протоки зливаються в більші,
у свою чергу впадають в вірсунгіев протока - головний вивідна протока
підшлункової залози. Часточки майже цілком складаються з клітин, які секретують сік
підшлункової залози (панкреатичний сік, від лат. pancreas - підшлункова
заліза). Панкреатичний сік містить травні ферменти. З часточок по
дрібним вивідним протоках він надходить у головний протоку, що впадає в
дванадцятипалу кишку. Головний протока підшлункової залози розташований поблизу
загального жовчного протоку і з'єднується з ним перед впадінням в
дванадцятипалу кишку. Між часточками вкраплені численні групи клітин,
що не мають вивідних проток, - т.з. острівці Лангерганса. Островковые клітини
виділяють гормони інсулін і глюкагон.
Опції.
Підшлункова залоза має одночасно ендокринну і екзокринну функції, тобто
здійснює внутрішню і зовнішню секрецію. Екзокринної функції залози --
участь у травленні.
Травлення.
Частина залози, що бере участь у травленні, через головний протока секретує
панкреатичний сік прямо до дванадцятипалої кишки. Він містить 4 необхідних
для травлення ферменти: амілазу, що перетворює крохмаль на цукор; трипсин і
хімотрипсин - протеолітичні (розщеплюють білок) ферменти; ліпазу, яка
розщеплює жири; і реннін, створаживаться молоко. Таким чином, сік
підшлункової залози грає важливу роль в переварюванні основних поживних речовин.
Ендокринні
функції. Острівці Лангерганса функціонують як залози внутрішньої секреції
(ендокринні залози), виділяючи безпосередньо в кровотік глюкагон і інсулін --
гормони, що регулюють метаболізм вуглеводів. Ці гормони володіють
протилежною дією: глюкагон підвищує, а інсулін знижує рівень цукру
в крові.
Захворювання. До
захворювань підшлункової залози відносяться гостре або хронічне запалення
(панкреатит), атрофія, пухлини, жировий некроз, кісти, склероз і абсцеси.
Недостатня секреція інсуліну призводить до зниження здатності клітин
засвоювати вуглеводи, тобто до цукрового діабету. Хвороби, пов'язані з порушеннями
харчування, викликають атрофію або фіброз підшлункової залози. Причина гострого
панкреатиту - дія ферментів виділяються на тканину самої залози
Гормон
Дія гормону
Зміна секреції гормону при м'язової
діяльності середньої тяжкості
Тироксин або тетрайодтіронін
Посилює процеси окислення жирів,
вуглеводів і білків в клітинах, прискорюючи, таким чином, обмін речовин в організмі.
Підвищує збудливість центральної нервової системи.
Практично не змінюється.
Інсулін
Полегшує проникання цукру з крові в
клітини м'язів і жирової тканини, полегшує проникнення амінокислот із крові в
клітини, сприяє синтезу білка і жирів. Сприяє відкладення глюкози в
запас (у печінці).>
На початку роботи - збільшується,
полегшуючи проникнення глюкози в клітини, а потім - знижується, так як
викликає зміни, протилежні тим, які необхідні для ефективної
м'язової діяльності.
Глюкагон
Надає дію, багато в чому
протилежне інсуліну. Посилює розпад ланцюжків глюкози в клітинах і вихід
глюкози з місць її зберігання в кров. Стимулює розпад жиру в жировій тканині.
Збільшується, забезпечуючи розпад і
вихід в кров вуглеводів і жирів, що дають енергію для м'язового скорочення.
ЩИТОВИДНОЇ
ЖЕЛЕЗА, ендокринна залоза у хребетних тварин і людини. Виробляються нею
гормони (тиреоїдні гормони) впливають на розмноження, ріст, диференціювання
тканин та обмін речовин; вважається також, що вони активують процеси міграції у
лососевих риб. Основна функція щитовидної залози у людини - регуляція
процесів обміну речовин, у тому числі споживання кисню і використання
енергетичних ресурсів в клітинах. Підвищення доолічества тиреоїдних гормонів прискорює
обмін речовин, вада призводить до його уповільнення.
Будова
щитовидної залози у різних хребетних по-різному. У птахів, наприклад, вона складається
з двох невеликих утворень в області шиї, тоді як у більшості риб вона
представлена дрібними скупченнями клітин (фолікулами) в області горла. У
людини щитовидна залоза - щільне, схожу на метелика освіта,
розташоване прямо під гортанню (голосовий щілиною). Два «крила» цієї «метелика»,
частки щитовидної залози, розміром зазвичай з уплощенная персикову кісточку,
тягнуться вгору по обидва боки трахеї. Частки сполучені вузькою смужкою тканини
(перешийком), яка проходить по передній поверхні трахеї.
Вироблення
гормонів. Щитовидна залоза активно поглинає з крові йод, а також синтезує
специфічний білок - тиреоглобуліну, який містить безліч залишків
амінокислоти тирозину і є попередником гормонів залози. Йод
зв'язується з тірозіном у складі цього білка, а наступне попарне
об'єднання (окислювальна конденсація) йодованих залишків тирозину приводить
врешті-решт до утворення тиреоїдних гормонів - трийодтироніну (Т3) або
тетрайодтіроніна (Т4). Останній зазвичай називають тироксином. Під дією
тканинних ферментів тиреоглобуліну розпадається, і вільні тиреоїдні гормони потрапляють
в кров. Основною їх формою в крові є Т4. Він на дві третини (по вазі)
складається з йоду і виробляється тільки в щитовидній залозі. Т3 містить на
один атом йоду менше, але в 10 разів активніше, ніж Т4. Хоча деяке його
кількість секретується щитовидної залозою, в основному він утворюється з Т4
(шляхом відщеплення одного атома йоду) в інших тканинах організму, головним чином
в печінці та нирках.
Кількість
гормонів, що виробляються щитовидної залозою, в нормі регулюється системою
зворотного зв'язку, ланками якої є тиреотропний гормон (ТТГ) гіпофіза і
самі тиреоїдні гормони. При підвищенні рівня ТТГ щитовидна залоза виробляє
і виділяє більше гормонів, а підвищення їх рівня пригнічує продукцію і
секрецію гіпофізарного ТТГ.
Третій гормон
щитовидної залози, кальцитонин, бере участь у регуляції рівня кальцію в
крові.
Гормон
Дія гормону
Зміна секреції гормону при м'язової
діяльності середньої тяжкості
Тироксин або тетрайодтіронін
Посилює процеси окислення жирів,
вуглеводів і білків в клітинах, прискорюючи, таким чином, обмін речовин в
організмі. Підвищує збудливість центральної нервової системи.
Практично не змінюється.
Трийодтиронін
Дія багато в чому аналогічно тироксину.
Практично не змінюється.
Тірокальцітонін
Регулює обмін кальцію в організмі,
знижуючи його вміст у крові, і збільшуючи його вміст в кісткової тканини
(надає дію, зворотне паратгормону паращитовидних залоз). Зниження
рівня кальцію в крові зменшує збудливість, центральної нервової системи.
Підвищується при значній втомі,
наступаючому під час виконання тривалої м'язової діяльності.
Клінічні
порушення. У більшості регіонів світу звичайна їжа забезпечує надходження в
організм йоду в кількості, достатній для нормальної продукції тиреоїдних
гормонів. Однак у тих районах, де спостерігається дефіцит йоду в грунті і,
природно, продуктах харчування, вживання йодованої солі дозволяє вирішити
цю проблему.
Недостатня
продукція тиреоїдних гормонів призводить до гіпотиреозу, або мікседемі. При
гіпотиреозі щитовидна залоза може бути збільшеною (зоб), але може і
повністю зникати. Цей стан частіше зустрічається у жінок, ніж у чоловіків, і
нерідко є наслідком пошкодження щитовидної залози власної імунної
системою організму (аутоантитіл). Зазвичай відзначають сонливість і
непереносимість холоду. У важких випадках іноді розвивається кома і може
наступити смерть. Для лікування гіпотиреозу використовують препарати висушеної
щитовидної залози тварин, а останнім часом - таблетки синтетичного Т4.
Надлишкова
секреція тиреоїдних гормонів призводить до гіпертиреоз, або тиреотоксикозу.
Найбільш поширена форма гіпертиреозу - дифузний токсичний зоб, або
базедова хвороба, опис якої можна знайти у статті ЗОБ.
Рак щитовидної
залози зазвичай вимагає хірургічного лікування, іноді у поєднанні з введенням
радіоактивного йоду. Цей вид раку частіше зустрічається в осіб, які перенесли опромінення
голови і шиї.
Особливості
гормональної регуляції обміну вуглеводів при м'язової діяльності.
На будь-який
процес життєдіяльності організму витрачається енергія. Ця енергія утворюється
в результаті розпаду різних хімічних речовин - вуглеводів, жирів (рідше --
білків), що надходять в організм разом з їжею.
Вуглеводи
надходять в організм з рослинною і в меншій кількості з тваринною їжею.
Крім того, вони синтезуються в ньому з продуктів розщеплення амінокислот і
жирів. Вуглеводи - важлива складова частина живого організму, хоча кількість їх у
організмі значно менше, ніж білків і жирів, - усього близько 2% сухої речовини
тіла.
Якщо енергія,
запасені в хімічних зв'язках що надходять з їжею речовин, більше, ніж
енергетичний витрата організму на процеси життєдіяльності, частина енергії
відкладається в запас. В організмі ссавців запасним джерелом енергії
є жирова тканина. Будь-яка речовина, кількість якого в організмі
перевищує необхідний рівень, перетворюється в жири і відкладається в запас у
жирової тканини. Іншими словами, якщо людина споживає їжі більше, ніж
витрачає енергії, то він гладшає. Якщо кількість надходить з їжею енергії
менше, ніж енергетичні витрати організму, то організм змушений брати
відсутню енергію із запасів. Спочатку організм витрачає наявні в клітинах і в
крові вуглеводи. Процес розпаду вуглеводів досить легкий і швидкий на відміну
від складного і тривалого процесу розщеплення жирів. Коли кількість
вуглеводів досягає певного мінімуму, організм починає розщеплювати жири.
Таким чином, якщо людина їсть менше, ніж витрачає енергії, він худне.
У деяких
випадках, коли з їжею надходить надзвичайно мало енергії або не надходить її
зовсім (голодування), а енергетичні запити організму великі (більш-менш
інтенсивна м'язова діяльність), організм не витрачає сили на складний процес
розщеплення жирів. У цих випадках організму легше розщепити деякі види
низькомолекулярних білків. До таких білків належать, перш за все, імунні
білки. Розщеплення імунних білків плазми крові істотно знижує імунну
захист організму. Тому при активному способі життя голодування може бути дуже
небезпечним.
Список
літератури
М.М. Яковлєв.
«Біохімія»: підручник для ІФК. Мн. ФИС 1974.
Н.І. Волков,
Н.І. Ненсін. «Біохімія м'язової діяльності» підручник для вузів. Київ 2000.
Дж.Х. Уилмор,
Д.Л. Милиці. «Фізіологія спорту і рухової активності». Київ: Олімпійська
література 1997.
Н.И Яковлєв
«Хімія руху». Ленинград: Наука 1983.
В.В. Васильєва
«Обмін вуглеводів і його регуляція».
